גשר וין
גשר וין: יישומים והallenges
גשר וין הוא מרכיב חשוב במעגלי חילופין, המופעל בעיקר לקביעת ערכי תדרים לא ידועים. הוא מסוגל למדוד תדרים בתחום של 100 Hz עד 100 kHz, עם רמת דיוק טיפוסית בין 0.1% ל-0.5%. מעבר לתפקידו במדידת תדרים, הגשר נמצא בשימוש מגוון. הוא משמש במדידת קיבוליות, מהווה אלמנט מרכזי באנליזרי התזוזה ההרמונית, וחיוני למחזורים בתדר גבוה (HF).
אחת מאפייניו המגדירים של גשר וין היא הרגישות שלו לתדר. הרגישות לתדר הזו, אם כי שימושית למטרות המדידה המיועדות, מציגה גם אתגר משמעותי. השגת נקודת האיזון של הגשר יכולה להיות משימה מורכבת. גורם מרכזי לבעיה זו הוא טבע מתח הזן הקלט. בסיטואציות מעשיות, מתח הזן הקלט לעיתים רחוקות הוא גל סינוסי טהור; במקום זאת, הוא לעתים מכיל הרמוניות. הרמוניות אלו יכולות להפריע לתנאי האיזון של גשר וין, מה שמוביל למדידות בלתי מדויקות או למנוע מהגשר להגיע לאיזון בכלל.
כדי להתמודד עם בעיה זו, משלבים מסנן במעגל הגשר. המסנן מחובר בטור עם מד אפס. על ידי סינון הרמוניות בלתי רצויות ממתח הקלט, המסנן מסייע לוודא שמתח הנכנס לגשר מתקרב יותר לגל סינוסי טהור. הדבר, בתורו, מקדם השגת נקודת איזון יציבה ומגביר את הדיוק והאמינות הכלליים של המדידות שנעשות באמצעות גשר וין.
ניתוח מצב האיזון של הגשר
כאשר הגשר מגיע למצב איזון, הפוטנציאל החשמלי בנקודות B ו-C נעשים שווים, כלומר, V1 = V2 ו-V3 = V4. מתח V3, המתבטא כ-V3 = I1 R3, ו-V4 (שבו V4 = I2 R4) לא רק בעלי אותו גודל אלא גם אותה פאזה, מה שגורם לשני הגלים להתלכד באופן מושלם. בנוסף, הזרם I1 העובר דרך הסניף BD, הזרם I2 העובר דרך R4, כמו גם הקשרים בין מתח-זרם I1 R3 ו-I2 R4, כולן מראות תכונות של פאזה זהה.
הירידה במתח הכוללת לאורך הסניף AC היא סך שני מרכיבים: ירידת המתח I2 R2 לאורך ההתנגדות R2 וירידת המתח הקפצייטיבית I2/ ωC2 לאורך הקיבול C2. במצב האיזון של הגשר, המתחים V1 ו-V2 מתאימים בצורה מדויקת הן בגודל והן בפאזה.
הפאזה של מתח V1 מתאימה לירידה במתח IR R1 לאורך הסניף R1, מה שמראה שההתנגדות R1 היא באותה פאזה כמו V1. חיבור הphasors של V1 ו-V3 או V2 ו-V4 מניב את המתח הכולל, המשקף את האיזון החשמלי בתוך מעגל הגשר.
במצב האיזון،
בהשוואה לחלק האמיתי,
בהשוואה לחלק המדומה,
על ידי החלפת הערך של ω = 2πf,
הסליידר של ההתנגדויות R1 ו-R2 מחוברים מכנית אחד לשני. כך, מתקבל R1 = R2.
